拔尖人才培養背景下高中物理創新實驗的教學策略研究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2025）20-0113-03

在全球競爭中頂尖人才競爭是綜合國力的體現，因此我國在科教興國戰略的實施下，通過高品質的教育體系構建與實施，突出人才在國家發展與建設中的基礎性、戰略性地位。《中國教育現代化2035》提出要培養具有創新能力的人才，教育部在2019年全面實施“六卓越一拔尖\"計劃，“拔尖計劃\"開始進人全新的階段。高中物理教學具有較強的實踐性與創新性，通過創新實驗，為拔尖人才培養搭建一個平臺，提升拔尖人才培養效果，為人才的發展注入活力。文章以人教版高中物理為例，探究在拔尖人才培養背景下，高中物理創新實驗教學的開展策略，以期能為拔尖人才培養背景下，高中物理創新實驗的優化提供一些參考與借鑒。

一、高中物理拔尖人才培養的目標與定位

高中物理教學中，培養拔尖人才能夠落實國家人才發展戰略，為國家培養拔尖人才，提升人才競爭力。物理教師為培養拔尖人才，需采取創新性物理實驗，豐富實驗方法，讓學生在實驗中，提升物理核心素養，保證物理教學質量；同時也可以深化高中物理教育改革，促進物理教學從傳統教學模式向現代化教學模式的轉變。高中物理拔尖人才培養中，必須明確目標與定位，保證教學活動的有效開展。

高中物理拔尖人才的培養，目標是培養出具備創新精神與實踐能力的高質量人才，提高高中物理的人才培養質量與育人水平，為國家科教興國戰略的實施以及產業升級培養高層次人才。高中物理拔尖人才培養的定位是，教學實踐所面向的對象是具有創新潛力與物理興趣的學生，要重視學生的個性化發展，并能通過物理創新實驗教學，培養出具有國際視野和全球競爭力的人才。

二、高中物理拔尖人才培養中面臨的挑戰

高中物理拔尖人才培養中，對教師提出更高的要求，在選拔出培養對象后，要求教師可以采取科學合理的教學手段，創新教學模式，為拔尖人才培養提供良好的環境。但是目前一部分教師在拔尖人才培養中，物理實驗教學活動的開展，不夠重視實驗的創新性，缺少對學生特點與需求的分析，不重視學生的能力與情感培養。物理實驗教學是拔尖人才培養的重要途徑，但是當前在實驗教學中，教師所設置的實驗課程比重相對較少，學生參與實驗實踐動手的機會少，制約學生實驗技能與數據處理能力的提升。

同時，教師在拔尖人才培養中也面臨著其他挑戰，比如教學資源問題、實驗基礎設施問題、資金投入問題等。在諸多挑戰與困境下，如何通過合理的物理實驗教學，引導學生思考、探究與實踐，培養學生的思維能力，并能為拔尖人才培養提供良好的環境，是物理教師現階段必須思考的問題。

三、拔尖人才培養背景下高中物理創新實驗的教學策略

物理教師一定要認識到創新實驗在拔尖人才培養中的作用與價值，針對學生特點與需求，采取合適的創新性試驗，讓學生真正投人物理創新實驗中。教師在教學實踐中，搭建教學“支架”，讓學生成為實驗的主人，全面提升學生的綜合能力。下面就以人教版《測量玻璃的折射率》為例，對高中物理創新實驗的具體思路及開展方法進行分析。

（一）導人核心任務

在創新實驗開啟前，教師要提出問題，讓學生帶著問題去實驗與探究。問題：1.如何測量水的折射率？2.如何測量固體（平行玻璃磚）的折射率？第一個問題學生可以在折射定律的基礎上，得到水的折射率。第二個問題屬于進階問題，在教師的引導下，讓學生回顧折射定律的內容，然后讓學生帶著好奇心思考如何測量水的折射率和固體（平行玻璃磚）的折射率，進入本節實驗課的主題“測量玻璃的折射率”。

（二）初步引導

學生在現有的認知與知識基礎上，提出測量玻璃的折射率可以使用激光照射玻璃磚的方法。所以教師可以引導學生進行初步實驗，為驗證自己的猜想是否正確，先讓學生在紙上畫出激光照射玻璃磚的大致光路圖，然后對入射、出射的光線位置進行推斷。在初步引導學生繪制大致的光路圖時，其實已經開始讓學生進行自主實驗與思考，學生為了驗證自己的猜測，需進行邏輯推理與驗證，進而得出入射光線與折射光線之間的關系。通過這樣的方法，學生可以加快理解核心任務，幫助學生確定如何進行光路的驗證，保證學生可以有效解決任務。在這個階段，學生的思維能力進一步得到提升，在思考與推理中逐漸感悟物理實驗的魅力

（三）深化實驗

學生使用激光筆測量玻璃磚的折射率過程中，會遇到一定的困難，教師要關注學生遇到的問題，引導學生一邊實驗，一邊思考，通過這樣的方式解決難點問題。學生在選定器材后開始實驗，但是會發現只有玻璃磚光學面上的光斑比較明顯，光路不夠清晰。在遇到難點問題后，教師讓各小組進行討論，通過討論與實驗解決問題。

A小組：小組成員將衣服放在試驗臺，試驗臺有了黑暗的環境，但是實驗后發現光線只有亮度提高，但是依然比較模糊。

B小組：小組成員在光路前使用直尺進行遮擋，直尺有清晰的光斑，學生在紙上記錄下光斑的中心位置。

C小組：小組成員在實驗中，將大頭針分別插到出射光線和入射光線的路徑上，針尖上有光斑落下，可以證明大頭針所在的位置一定有激光經過。

在問題的引導下，小組進行了實驗，不同小組有了初步的解決方案。教師繼續提問：為什么在一條直線上？學生在觀察、思考后給出自己的答案。

整個實驗過程中，學生在小組中進行合作，提升了學生的團隊合作能力與研究能力。同時發現激光筆照射玻璃磚后的光路模糊不清，然后各小組尋找解決問題的方案；在嘗試解決問題過程中，完成了“發現問題、分析問題、解決問題”的過程，可以深化實驗，培養學生的探究能力與思維能力。

（四）優化方案

在上一步驟基礎上，教師引導學生思考如何改進方案，并設置問題：方案改進后，相比于原方案優勢何在？學生通過思考與回憶，發現在確定光路時，剛開始使用的方法為激光，但是會造成光路模糊的情況，然后思考如何解決這個問題。學生決定采用大頭針對激光路徑進行標記，發現效果良好。學生將“插針法測玻璃磚的折射率”記錄下來，歸納總結這種方法的優勢為：光路更精確、誤差小。

學生繼續在小組中進行實驗，收集實驗數據，做好數據處理，計算出玻璃磚的折射率。在蓄水收集數據與處理數據過程中，要發揮學生的自主性，教師巡視指導即可，幫助學生解決數據處理中遇到的難題。接著教師繼續提問：在確定玻璃的折射率時，如果沒有量角器，如何只利用確定好的光路得到玻璃的折射率呢？學生通過思考，指出通過幾何關系轉換測量角度為測量長度，確定人射角和折射角的正弦值，計算后可以得到玻璃的折射率。

學生在實驗中通過試驗方案的改進，在小組中得出改進方案為“插針法測玻璃磚的折射率”，在觀察、對比、探究與分析下，能提升學生的觀察能力與探究能力。在改進方案后，學生再次實驗，記錄數據并進行處理，可以提升學生的動手實踐能力。學生在思考測角度轉換為測長度的過程中，可以讓學生深度理解幾何法，并加強學生獨立思考能力的培養，促進學生科學思維的發展。

（五）教學評價

在實驗結束后，各小組要將自己的數據形成表格，及時遞交給教師，可以通過數字化平臺上傳數據表格。在各小組的數據對比中，教師可以對實驗方案進行評價，并做好誤差分析；通過誤差分析讓學生思考：在測量玻璃的折射率時，哪一種方法更加準確，采用插針法測玻璃磚的折射率過程中，誤差來源是什么？使用大頭針標記激光路徑的小組，所得到的折射率為1.32，通過方案優化，得到的折射率為1.53。學生在已掌握的知識基礎上，得到玻璃屬于常見的介質，折射率一般為 1.5～ 1.7，因此可以得出插針法更加精準。有的小組在實驗中，測得的折射率為2.48，使用的入射角為15^° ，則說明人射角不能過大。還有的小組在實驗中移動了玻璃磚在紙上的位置、大頭針歪了、兩枚大頭針之間的位置不合適，這些因素都會影響測量玻璃的折射率精確度。因此，教師要組織學生共同討論，在討論過程中得到結果，并分析造成誤差的原因。這個環節可以培養學生的證據意識、邏輯推理能力等。

（六）教學反思

拔尖人才培養背景下高中物理創新實驗，旨在讓學生深度實驗，打破常規。相比于傳統的以教師為主體的實驗方法，本次實驗以學生為主體，通過任務驅動，讓學生自主動手實驗，引導學生思考，讓學生自主發現問題并解決問題，并對實驗方案進行優化，得到最終的結論。學生在整個實驗活動中，思維能力得到了極大鍛煉，可以為拔尖人才的培養奠定思維基礎，讓學生能具備科學思維與實踐動手能力，為日后的學習奠定基礎。本次實驗可以讓學生明確光在玻璃磚中折射的大致光路、為什么使用“插針法”測量玻璃的折射率等問題，這些結論全部由學生自已通過實驗、思考與分析得到，教師在全過程起到“支架”作用。

同時也發現在創新實驗教學中，依然有部分學生的參與度不夠，多數實驗由小組其他成員進行。針對該問題，教師在日后的教學中要繼續優化實驗教學方案，激發學生的參與積極性，針對學生的需求與興趣，開展創新實驗，讓學生感受到實驗的樂趣、科學的魅力，并能自主投人創新實驗中。在創新實驗教學中，也要重視思維的引導，不僅要讓學生學會動手實踐，更能促進思維的發展，讓學生在拔尖的路上更加順暢。

四、結論

拔尖人才培養背景下，高中物理創新實驗教學更加重視學生的思維能力與實踐能力。在創新實驗教學中，教師利用任務驅動，通過對學生實驗過程的科學引導，利用問題啟迪學生，讓學生深入思考與交流，為更加準確地理解與掌握實驗提供支持。同時，在創新實驗教學中，學生在小組中共同討論與交流，自主發現問題，分析問題，解決問題，將學生的思維引向深處，提升學生的思維能力，促進學生的全面發展。

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